Скрещенная электронная линза Советский патент 1984 года по МПК H01J29/56 

Изобретение относится к элементам электронно-оптических линз с коррекцией аберраций при фокусировке заряженных частиц и может быть использовано в различных электронно-оптических приборах, например ЭЛТ, спектрометрах, микроскопах и т. д. Известна скрещенная электронная линза, содержащая два (иммерсионная линза) или три (одиночная линза) электрода с одинаковыми отверстиями прямоугольной формы в каждом из них 1. Указанная скрещенная электронная линза обеспечивает коррекцию сферической аберрации лищь в средней плоскости ширины линейного изображения в режиме ее работы, при котором на втором по ходу пучка (среднем в случае одиночной линзы) электроде потенциал выще, чем на первом. Вне средней плоскости сферическая аберрация линзы велика, что ухудшает качество изображения. Известна также скрещенная электронная линза, содержащая три электрода с прямоугольными отверстиями, причем соотношение длин отверстий в среднем и крайних электродах различно. Такая линза обеспечивает изображение высокого качества путем возможности получения малой сферической аберрации одновременно как в средней плоскости, так и вне ее 2. Недостатком линзы является невысокое качество изображения из-за остаточной сферической аберрации, а также низкое качество изображения из-за значительной сферической аберрации в режиме работы линзы . с потенциалом на среднем электроде ниже потенциала крайних. Наиболее близкой к предлагаемой является скрещенная электронная линза, содержащая по крайней мере, два электрода с отверстием в каждом, имеющим продольную и поперечную плоскости симметрии, фор ма по крайней мере одного из которых образована контурными линиями пересекающихся плоских фигур. Форма отверстий образована частями окружности 3. Недостатком известной линзы является невысокое качество изображения из-за остаточной сферической аберрации в режиме работы линзы, при котором потенциал на среднем электроде ниже, чем на крайних. Цель изобретения - улучщение качества изображения путем уменьшения величины сферической аберрации. Поставленная цель достигается тем, что в скрещенной электронной линзе, содержащей по крайней мере два электрода с отверстием в каждом, имеющим продольную и поперечную плоскости симметрии, при этом форма по крайней мере одного из отверстий образована контурньши линиями пересекающихся плоских фигур, одна из пересекающихся плоских фигур, образующих форму отверстии, имеет две оси симметрии, а расстояние от точек пересечения упомянутых фигур, ближайщих к поперечной плоскости симметрии отверстия в электроде, до этой плоскости находится в пределах 0,ld-0,8d, где d - размер отверстия в поперечной плоскости его симметрии. Поле скрещенной электронной линзы содержит осесимметричную, квадрупольную и октупольную компоненты. Последние влияют на сферическую аберрацию линзы. Выполнение отверстия в одном из электродов линзы с предлагаемой формой приводит к появлению дополнительной октупольной составляющей, которая обеспечивает коррекцию сферической аберрации в режиме работы, когда на втором по ходу пучка электроде потенциал ниже, чем на первом. На фиг. 1-3 показаны варианты конкретного выполнения линзы. Линза содержит первый по ходу электрод 1 и второй по ходу пучка электрод 2. На фиг. 1-3 также указаны оси KOOJJдинат ОХ, OY и OZ. На фиг. 1 изображена скрещенная линза из двух электродов (иммерсионная линза), расположенных соосно с осью Z, являющейся оптической осью. Первый по ходу пучка электрод 1 линзы выполнен с прямоугольным отверстием, продольная плоскость симметрии которого соовпадает с плоскостью XOZ. Второй электрод 2 линзы выполнен с отверстием, имеющим две плоскости симметрии, контур которого образован прямоугольником и двумя равнобочными трапециями, расположенными симметрично относительно поперечной плоскости прямоугольного отверстия, так ч/то основания трапеции наиболее удалены от нее, причем продольная ось симметрии прямоугольника совпадает с осями симметрии трапеций и с плоскостью симметрии отверстия в этом электроде YOZ. Расстояние от точек пересечения упомянутых .фигур, ближайших к поперечной плоскости симметрии отверстия электрода, до этой плоскости равно 0,5d. Работа линзы заключается в следующем. Электроны из источника попадают под действие поля скрещенной линзы, которая при подаче на электрод 2 потенциала больше чем на электрод 1, собирает пучок в плоскости YOZ и рассеивает в плоскости XOZ, и таким образом создает линейное изображение. При этом октупольная составляющая ее основного поля корректирует сферическую аберрацию в средней плоскости ширины линейного изображения. Дополнительная октупольная составляющая, образованная формой отверстия во втором электроде 2, корректирует сферическую аберрацию вне средней плоскости. Таким образом, сферическая аберрация всей щирины линейного изображения устраняется. На фиг. 2 представлен другой вариант предлагаемой скрещенной линзы, эквивалентный варианту, изображенному на фиг. 1. В этом случае форма отверстия ю втором электроде 2 образована тремя прямоугольниками, два из которых расположены симметрично по краям третьего так, что их продольные оси симметрии перпендикулярны продольной оси симметрии третьего. На фиг. 3 представлен вариант предлагаемой скрещенной линзы, форма отверстия во втором электроде 2 которой образовано пересечением двух прямоугольников, ортогональных между собой. В этом случае при подаче на второй электрод 2 пучок собирается в плоскости XOZ и рассеивается в плооскости YOZ. При этом дополнительная октупольная составляющая в совокупности с октуполной составляющей основного поля обеспечивают коррекцию сферической аберрации как в средней плоскости, так и вне ее. Расстояние от точек пересечения плоских фигур, образующих отверстия в электродах линзы, ближайших к поперечной плоскости симметрии отверстия электрода, до этой плоскости, не должно быть меньще 0,ld и превыщать 0,8d, где d - размер отверстия в поперечной плоскости его симметрии. Эти пределы вызваны тем, что по мере приближения упомянутых точек к поперечной плоскости симметрии отверстия изменение формы отверстия приводит к росту дополнительной октупольной составляющей, что ведет к перекоррекции сферической аберрации и, как следствие, к ухудщению качества изображения. По мере удаления упомянутых точек от поперечной плоскости .симметрии отверстия, влияние формы отверстия на величину дополнительной октупольной составляющей уменьшается и с превышением расстоояния 0,8d практически исчезает. Для обеспечения большей точности сборки электроды линзы целесообразно выполнять с отверстиями, размеры которых в поперечных плоскостях симметрии равны между собой, причем с острых углов в отверстиях электродов целесоообразно снимать фасПреимуществом предлагаемой линзы является более высокое качество изображения, за счет уменьщения сферической аберрации ширины линейного изображения в обоих режимах работы линзы, т. е. как в случае потенциала на ее втором электроде (для одиночной линзы - на среднем электроде) выше, чем на первом, так и в случае обратной полярности, что в известных линзах неосуществимо.

СКРЕЩЕННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ЛИНЗА, содержащая по крайней мере два электрода с отверстием в каждом, имеющим продольную и поперечную плоскости симметрии, при этом форма по крайней мере одного из отверстий образована контурными линиями пересекающихся плоских фигур, отличающаяся тем, что, с целью улучшения качества изображения путем уменьшения величины сферической аберрации, бдна из пересекающихся плоских фигур, образующих форму отверстий, имеет две оси симметрии, а расстояние от точек пересечения упомянутых фигур, ближайших к поперечной плоскости симметрии отверстия в электроде, до этой плоскости находится в пределах 0,1 d-0,8 d, где d - размер отверстия в поперечной плоскости его симметрии. (Л оо со GO

t

ff

фиг. 2